不同降粘劑對(duì)改性瀝青及其混合料性能的影響研究

鐘偉明 王宇 劉攀

【摘要：】文章通過(guò)在SBS改性瀝青中摻入5種不同種類和摻量的降粘劑， 研究了降粘劑對(duì)SBS改性瀝青及混合料性能的影響。結(jié)果表明：5種降粘劑都能有效降低SBS改性瀝青的針入度、延度及高溫黏度指標(biāo)，并提升SBS改性瀝青的軟化點(diǎn);相同條件下，JNJ-3#和JNJ-4#高溫降粘性能優(yōu)于另外3種降粘劑;一定摻量范圍內(nèi)，隨降粘劑摻量的增大，降粘效果隨之增強(qiáng);綜合考慮SBS改性瀝青的性能，3%為5種降粘劑的合理?yè)搅?降粘劑可降低SBS改性瀝青混合料的拌和溫度，提高其高溫性能，但對(duì)其低溫性能不利，其中JNJ-3#是改性效果最優(yōu)的降粘劑。

【關(guān)鍵詞：】SBS改性瀝青;高溫黏度;路用性能;降粘劑

U416.03A220664

0 引言

SBS改性瀝青能有效提高混合料的高低溫性能，是目前道路工程應(yīng)用最為廣泛的聚合物改性瀝青[1-3]。然而，SBS改性瀝青黏度較大，在不改變拌和溫度的前提下會(huì)增大混合料的施工難度，提高拌和溫度會(huì)增大能源消耗，加劇瀝青材料的老化，并且產(chǎn)生大量有害氣體，污染自然環(huán)境和危害現(xiàn)場(chǎng)人員的身體健康[4-6]。對(duì)于高摻量SBS改性瀝青，這種不利影響則更為明顯[7-9]。降粘劑的加入能降低SBS改性瀝青的高溫黏度，在瀝青混合料和易性相同的情況下，施工溫度得到有效降低，減輕瀝青材料的老化程度，并減少有害氣體的排放，改善施工環(huán)境，起到溫拌劑的效果[10-14]。在此，本文在SBS改性瀝青中摻入不同種類和摻量的降粘劑，研究了降粘劑對(duì)SBS改性瀝青及其混合料路用性能的影響，以期找到合適的降粘方法。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

SBS改性瀝青主要性能指標(biāo)如表1所示。降粘劑分別為JNJ-1#、JNJ-2#、JNJ-3#、JNJ-4#和JNJ-5#，這5種降粘劑的熔點(diǎn)均在100 ℃左右，呈白色或淡黃色固體顆粒。

在SBS改性瀝青中分別按1%、2%、3%、4%、5%比例加入上述5種降粘劑，并在170 ℃～180 ℃下持續(xù)攪拌30 min，降粘劑即可均勻地溶解在SBS改性瀝青中且不離析。集料的合成級(jí)配（本文采用級(jí)配中值）如表2所示，以油石比5.0%制備瀝青混合料AC-1 并成型相應(yīng)的試件。

按照規(guī)范要求對(duì)SBS改性瀝青進(jìn)行旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)、針入度試驗(yàn)、軟化點(diǎn)試驗(yàn)及延度試驗(yàn)，并對(duì)SBS改性瀝青混合料進(jìn)行（浸水）馬歇爾試驗(yàn)、高溫車轍試驗(yàn)、低溫小梁三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)等，系統(tǒng)評(píng)價(jià)降粘劑種類及摻量對(duì)SBS改性瀝青及瀝青混合料性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 降粘劑對(duì)瀝青基本性能的影響

2.1.1 黏度

對(duì)不同種類的降粘劑及不同摻量的SBS改性瀝青進(jìn)行旋轉(zhuǎn)黏度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可看出，一定范圍內(nèi)，隨著降粘劑的摻入，SBS改性瀝青的高溫黏度逐漸降低。同一試驗(yàn)溫度及同一降粘劑摻量下，不同降粘劑對(duì)SBS改性瀝青的高溫降粘效果也不盡相同。當(dāng)降粘劑摻量為1%時(shí)，SBS改性瀝青的135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了5.7%、2.2%、8.5%、9.2%和6.1%，175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了5.3%、2.7%、7.8%、9.3%和7.9%;當(dāng)降粘劑摻量為3%時(shí)，SBS改性瀝青的135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了14.7%、9.4%、19.1%、23.6%和14.5%，175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了22.0%、16.6%、18.2%、21.5%和14.9%;當(dāng)降粘劑摻量為5%時(shí)，SBS改性瀝青的135 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了21.7%、14.5%、33.7%、36.8%和21.4%，175 ℃旋轉(zhuǎn)黏度分別下降了27.6%、26.7%、27.9%、39.9%和25.4%。整體而言，JNJ-3#和JNJ-4#的高溫降粘效果優(yōu)于JNJ-1#、JNJ-2#和JNJ-5#。5種降粘劑都屬于蠟類物質(zhì)，當(dāng)溫度高于其熔點(diǎn)時(shí)變成液體，其吸附和融解作用可以加速瀝青融化，或是起到潤(rùn)滑作用，降低瀝青分子間的摩擦[15-16]，進(jìn)而降低SBS改性瀝青的高溫黏度。此時(shí)適當(dāng)降低混合料的拌和溫度也可以獲得理想的攤鋪壓實(shí)效果，達(dá)到溫拌效果。為獲得良好的降粘效果，降粘劑摻量宜≥3%。

2.1.2 針入度

對(duì)不同種類降粘劑和不同摻量的SBS改性瀝青進(jìn)行針入度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可看出，一定摻量范圍內(nèi)，隨降粘劑摻量的不斷增加，SBS改性瀝青的針入度指標(biāo)隨之降低。當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)（100 ℃左右）時(shí)，降粘劑又重新結(jié)晶，包裹吸收瀝青中的輕質(zhì)組分，重質(zhì)組分含量相對(duì)增多，增大SBS改性瀝青的低溫黏度，表現(xiàn)出針入度下降。整體而言，JNJ-5#和JNJ-3#對(duì)SBS改性瀝青針入度的影響更大。

2.1.3 軟化點(diǎn)

對(duì)不同種類降粘劑和不同摻量的SBS改性瀝青進(jìn)行軟化點(diǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可看出，一定范圍內(nèi)，降粘劑能增高SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)，提高其高溫性能。當(dāng)降粘劑摻量為3%時(shí)，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)分別提高了12.1%、16.3%、21.0%、13.6%和24.6%;當(dāng)降粘劑摻量為4%時(shí)，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)分別提高了13.9%、28.4%、26.5%、20.0%和33.3%;當(dāng)降粘劑摻量為5%時(shí)，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)分別提高了17.9%、41.8%、33.8%、27.8%和45.2%。其中，JNJ-5#對(duì)SBS改性瀝青軟化點(diǎn)指標(biāo)的提升程度最大，其次是JNJ-2#和JNJ-3#，而JNJ-1#的提升效果相對(duì)較差。這主要是由于溫度低于降粘劑的熔點(diǎn)時(shí)，降粘劑的蠟基或油基飽和物即在瀝青中結(jié)晶析出，從而提高瀝青的軟化點(diǎn)和低溫黏度。

2.1.4 延度

對(duì)不同種類的降粘劑和不同摻量的SBS改性瀝青進(jìn)行延度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可看出，一定范圍內(nèi)，隨著降粘劑摻量的增加，SBS改性瀝青的延度逐漸下降。當(dāng)降粘劑摻量為3%時(shí)，SBS改性瀝青的5 ℃延度分別下降了31.6%、40.8%、37.5%、42.4%和45.3%;當(dāng)降粘劑摻量為4%時(shí)，SBS改性瀝青的5 ℃延度分別下降了37.8%、46.1%、41.6%、51.5%和49.6%。這表明JNJ-1#和JNJ-3#對(duì)SBS改性瀝青延度的不利影響要弱于JNJ-2#、JNJ-4#和JNJ-5#。其機(jī)理為：低溫時(shí)其中的蠟基或油基飽和物便會(huì)在瀝青中析出，從而使瀝青變硬變脆，延度進(jìn)而降低[7]，對(duì)SBS改性瀝青的低溫性能不利。為了保證SBS改性瀝青的低溫性能，降粘劑摻量宜≤3%。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可知，不同種類的降粘劑對(duì)SBS改性瀝青性能的影響程度存在差異。5種降粘劑均能有效降低SBS改性瀝青的高溫黏度，提高其高溫性能，但對(duì)SBS改性瀝青的低溫性能有不利影響。綜合考慮，確定降粘劑摻量為3%，進(jìn)一步研究降粘劑種類對(duì)SBS改性瀝青路用性能的影響。

2.2 降粘劑對(duì)瀝青混合料路用性能的影響

制備SBS改性瀝青混合料，其中未摻加降粘劑SBS改性瀝青混合料的拌和溫度為180 ℃，摻加降粘劑SBS改性瀝青混合料的拌和溫度為165 ℃，其他試驗(yàn)條件均相同。

2.2.1 馬歇爾穩(wěn)定度

進(jìn)行SBS改性瀝青混合料的馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可知，未摻加降粘劑的SBS改性混合料的馬歇爾穩(wěn)定度低于摻加降粘劑SBS改性瀝青混合料，摻加降粘劑后SBS改性瀝青混合料的流值有所降低，表明其具有更好的力學(xué)性能。此外，摻加降粘劑的SBS改性瀝青混合料的拌和溫度降低了15 ℃，其混合料的空隙率和未摻加降粘劑SBS改性瀝青混合料的基本一致，均滿足規(guī)范要求。降粘劑在保持混合料和易性的前提下，能有效降低其施工溫度。

2.2.2 高溫穩(wěn)定性

進(jìn)行SBS改性瀝青混合料的車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為60 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由表4可知，降粘劑的摻入提高了SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，摻加降粘劑后，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別提高了15.0%、20.5%、26.7%、23.1%和33.5%，即降粘劑能提高SBS混合料的高溫穩(wěn)定性。由前文研究可知，降粘劑能有效提高SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)和低溫黏度，進(jìn)而提高混合料的高溫性能。降粘劑與SBS在改善混合料的高溫穩(wěn)定性上具有協(xié)同作用。

2.2.3 低溫抗裂性

對(duì)SBS改性瀝青混合料進(jìn)行三點(diǎn)彎曲小梁試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，降粘劑的摻入會(huì)降低SBS改性瀝青混合料的破壞應(yīng)變，提高混合料的勁度模量和抗彎強(qiáng)度，降低SBS改性瀝青混合料的低溫抗裂性。未摻加降粘劑時(shí)，混合料的破壞應(yīng)變可達(dá)2 904.4 當(dāng)摻加降粘劑時(shí)，混合料的破壞應(yīng)變分別下降了13.6%、4.2%、6.3%、7.9%和14.2%，其中，JNJ-2#和JNJ-3#對(duì)混合料低溫性能的影響較小，而摻加JNJ-5#后，混合料的破壞應(yīng)變已不滿足規(guī)范要求（≥2 500）。從前文試驗(yàn)結(jié)果可以看出，降粘劑將降低SBS改性瀝青的低溫延度，對(duì)混合料的低溫性能不利。

2.2.4 水穩(wěn)定性

對(duì)SBS改性瀝青混合料進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

由表6可知，摻入降粘劑后，SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度（均>90%）和劈裂強(qiáng)度比（均>85%）略有增大，這表明降粘劑在一定程度上能提高SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性，但效果并不明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

SBS改性瀝青基本性能受降粘劑影響的程度，主要取決于降粘劑的種類和摻量。一定范圍內(nèi)，隨著降粘劑摻量的增加，SBS改性瀝青的高溫黏度、針入度和延度逐漸下降，軟化點(diǎn)逐漸增加。在降粘劑摻量相同及試驗(yàn)溫度相同的情況下，JNJ-3#和JNJ-4#的高溫降黏效果優(yōu)于JNJ-1#、JNJ-2#和JNJ-5#。綜合考慮SBS改性瀝青的性能，確定降粘劑的合理?yè)搅繛?%。在同一試驗(yàn)條件下，相比于普通SBS改性瀝青混合料，5種降粘劑均對(duì)其高溫穩(wěn)定性有利，對(duì)其低溫抗裂性不利，而對(duì)混合料的水穩(wěn)定性能影響不明顯。綜合考慮SBS改性瀝青混合料的路用性能，JNJ-3#是改性效果最優(yōu)的降粘劑，其次是JNJ-2#和JNJ-4#，而摻加JNJ-5#后，混合料的低溫破壞應(yīng)變已不滿足規(guī)范要求。

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